UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
ESCOLA DE ENGENHARIA DE SÃO CARLOS
DEPARTAMENTO DE TRANSPORTES - STT
CARACTERIZAÇÃO DA FRAÇÃO FINA DE SOLOS TROPICAIS
ATRAVÉS DA ADSORÇÃO DE AZUL DE METILENO
Glauco Tulio Pessa Fabbri
Orientador: Prof. Dr. Manoel Henrique Alba Sória
Tese apresentada à Escola de Engenharia de São Carlos, da Universidade de São Paulo, como parte dos requisitos para a obtenção do Título de Doutor em Transportes.
DEDICATÓRIA
AGRADECIMENTOS
Ao Prof. Dr. Manoel Henrique Alba Sória, pela amizade, liberdade e confiança dados a mim durante a execução deste trabalho;
Ao Prof. Dr. José Bernardes Felex que, como chefe do STT, forneceu todo o apoio material necessário à execução desta pesquisa e, enquanto colega, deu todo o incentivo e pôs à disposição materiais e equipamentos particulares;
Ao Prof. Dr. Fernando Custódio Corrêa (in Memoriam) e ao Prof. Dr. Alexandre Benetti Parreira, pelo incentivo e ajuda dados no início da pesquisa;
Aos técnicos do Laboratório de Estradas do STT, Sr. Roberto Antonio Morasco e Sr. Antonio Carlos de Oliveira pela realização dos ensaios e, em especial, ao Sr. Antonio Carlos Gigante, pela gerência, supervisão e processamento de todos os ensaios aqui utilizados;
À Profa. Teresinha de Jesus Bonuccelli, à Geola. Noris Costa Diniz Coelho de Souza e ao Prof. Dr. Marcos Antonio Garcia Ferreira, pela cessão dos dados e amostras de solos;
Ao Prof. Alfredo d’Ávila, pela gentileza em ceder seus dados e amostras, e pelo sacrifício de tê-los trazido, pessoalmente, de Pelotas, RS;
À empresa Lenc, Laboratório de Engenharia e Consultoria S/C Ltda, em especial ao Eng. Alexandre Zuppolini Neto, pela cessão das amostras e dados e pelo apoio logístico a mim fornecidos;
Ao Eng. Eduardo Goulart Collares e ao Prof. Dr. Orêncio Monje Villar pelo auxílio prestado durante parte do desenvolvimento desta pesquisa;
Ao Convênio DER-SP/EESC-USP No 1353/88 pelo apoio financeiro dado para a realização
de alguns ensaios;
Ao Eng. Marcelo Assumpção Pereira da Silva, do IFQSC, pela execução dos ensaios de Microscopia Eletrônica de Varredura e à Fapesp pela possibilidade de utilização deste equipamento;
RESUMO
Esta tese apresenta uma proposta para caracterização da fração fina de solos tropicais, baseada na superfície específica dos argilo-minerais nela presentes. A partir da superfície específica, determinada pela adsorção do corante azul de metileno, são estabelecidos graus de atividade para os solos analisados. Essa atividade é então comparada com a previsão de comportamento dos solos, obtida da classificação MCT (Miniatura, Compactado e Tropical).
Para tanto, é feita uma avaliação dos fatores que influem nos ensaios de adsorção de azul de metileno (método da mancha) e, são comparados, exaustivamente, para 297 amostras de solos, os resultados da adsorção de azul de metileno com a previsão de comportamento dada pela MCT.
ABSTRACT
A strategy to identify the thin fraction of tropical soils, based on the specific surfaces of its clay minerals, is presented in this work. The specific surface, obtained through the adsorption of methylene blue, helps to establish the activity levels of the studied soils. These levels are compared with the expected behavior of the same soils, obtained from the MCT classification (Miniature, Compacted, Tropical).
The factors that can affect the adsorption tests made with methylene blue (using the spot test) are evaluated and 297 soil samples are exhaustively tested and compared with the expected behavior defined in the MCT classification.
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 - Micro-fotografia de solo laterizado, obtida com utilização de microscópio eletrônico de varredura (MEV). Solo da Pequena Holanda, SP-310, Est. 2033D.
Figura 2.2 - Curva de diferença de penetração versus número de golpes e determinação do MCV, apud Parsons e Bolden (1979).
Figura 2.3 - Curva de calibração: Moisture Condiction Value (MCV) versus teor de umidade, apud Parsons e Bolden (1979).
Figura 2.4 - Ábaco para a classificação MCT, proposta por Nogami e Villibor(1981, 1985), apud Nogami et alii(1993).
Figura 2.5 - Curvas de afundamento versus número de golpes (ou Mini-MCV) para o solo do entroncamento da SP-333, em Ribeirão Preto, e determinação do coeficiente c'.
Figura 2.6 - Família de curvas de compactação do solo do entroncamento da SP-333, em Ribeirão Preto e determinação do índice d'.
Figura 2.7 - Curva de perda de peso por imersão versus o índice Mini-MCV para o solo do entroncamento da SP-333, em Ribeirão Preto
Figura 3.1 - Variação do consumo de corante em misturas de argilas, apud Lan(1980). Figura 3.2 - Diagrama granulométrico segundo Bourguet et alii(1985), sem escala. Figura 3.3 - Diagrama de sensibilidade à água, SE x X , segundo Bourguet et alii(1985).
Figura 3.4 - Variação do Índice de Nocividade em função da quantidade de montmorilonita e caulinita na mistura, apud Lautrin(1987).
Figura 3.5 - Diagrama de nocividade dos solos, apud Lautrin(1987).
Figura 3.6 - Proposta de classificação de solos finos segundo Magnan e Youssefian(1989).
Figura 3.7 - Relação sílica-sesquióxidos (Kr) versus quantidade de azul de metileno consumida no ensaio, segundo Autret e Lan(1983).
Figura 3.8 - Coeficente de atividade da fração granulométrica menor que 0,005 mm versus índice e'
da classificação MCT, para pH normal da solução, segundo Fabbri e Sória(1991). Figura 3.9 - Coeficente de atividade da fração granulométrica menor que 0,002 mm versus índice e'
da classificação MCT, para pH normal da solução, segundo Fabbri e Sória(1991).
Figura 3.10 - Coeficente de atividade da fração granulométrica menor que 0,005 mm versus índice
e' da classificação MCT, para pH ácido(pH = 3), segundo Fabbri e Sória(1991).
Figura 3.11 - Coeficente de atividade da fração granulométrica menor que 0,002 mm versus índice
Figura 3.12 - Comparação da capacidade de troca catiônica obtida pelo método do Instituto Agronômico de Campinas e pelo método de adsorção do azul de metileno, segundo Pejon(1992).
Figura 3.13 - Variação do valor de azul do solo (Vb), em função do teor de argila, para solos de comportamento laterítico e não laterítico, segundo Pejon(1992).
Figura 3.14 - Variação do valor de azul da fração granulométrica argila dos solos (Acb), em função do teor de argila, para solos de comportamento laterítico e não laterítico, segundo Pejon(1992).
Figura 4.1 - Equipamentos utilizados na execução do ensaio de adsorção de azul de metileno, pelo método da mancha.
Figura 4.2 - Exemplos do teste de Mancha de Azul de Metileno.
Figura 5.1 - Histrograma de distribuição das amostras segundo origem e classe MCT. Figura 5.2 - Distribuição das amostras na carta de classificação MCT.
Figura 5.3 - Coeficiente de atividade obtido com pH normal (CA 5 N) da suspensão solo+água versus coeficientes de atividades para pH ácido (CA 5 A) e básico (CA 5 B), para fração granulométrica ativa menor que 0,005 mm.
Figura 5.4 - Coeficiente de atividade obtido com pH normal (CA 2 N) da suspensão solo+água versus coeficientes de atividades para pH ácido (CA 2 A) e básico (CA 2 B), para fração granulométrica ativa menor que 0,002 mm.
Figura 5.5 - Variação dos coeficientes de atividade em função do diâmetro da fração ativa considerada, para ensaios executados com pH normal da suspensão solo+água.
Figura 5.6 - Coeficiente de atividade versus índice e' da classificação MCT.
Figura 5.7 - Porcentagem de argila (fração < 0,005 mm) versus Valor de Azul - Va. Figura 5.8 - Porcentagem de argila (< 0,005 mm) versus valores de azul.
Figura 5.9 - Localização das amostras do Prof. Alfredo na carta MCT.
Figura 5.10 - Valor de azul versus porcentagem de argila para as amostras cedidas pelo Prof. Alfredo.
Figura 5.11 - Localização das amostras da EESC na carta MCT.
Figura 5.12 - Valor de azul versus porcentagem de argila para as amostras da EESC. Figura 5.13 - Localização das amostras da LENC na carta MCT.
Figura 5.14 - Valor de azul versus porcentagem de argila para as amostras da LENC. Figura 5.15 - Localização das amostras da Geola. Noris na carta MCT.
Figura 5.16 - Valor de azul versus porcentagem de argila para as amostras da Geola. Noris. Figura 5.17 - Localização das amostras da Profa. Teresinha na carta MCT.
Figura 5.18 - Valor de azul versus porcentagem de argila para as amostras da Profa. Teresinha. Figura 5.19 - Localização das amostras da UFSCAR na carta MCT.
Figura 6.2 - Influência da adoção de valor constante (2,65 g/cm3) para a massa específica dos
sólidos nas porcentagens de argila (φ < 0,005 mm).
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 - Resumo dos resultados de um ensaio de MCV, para um teor de umidade (26,5%), apud Parsons e Bolden (1979).
Tabela 2.2 - Semelhanças e diferenças entre os ensaios MCV (Parsons e Bolden, 1979) e Mini-MCV (Sória e Fabbri, 1980).
Tabela 2.3 - Carta de propriedades segundo o método M 196/89, “Classificação de Solos Tropicais segundo a Classificação MCT”, do DER-SP.
Tabela 2.4 - Resultados da repetição de ensaios para o solo do Linhão do Broa. Tabela 2.5 - Resultados da repetição de ensaios para o solo do Parque Itaipu. Tabela 2.6 - Resultados da repetição de ensaios para o solo da Castelo Branco.
Tabela 3.1 - Determinação da superfície específica de montmorilonitas com saturação de diversos cátions pelo método do azul de metileno, apud Brindley e Thompson(1970).
Tabela 3.2 - Superfície específica de alguns argilo-minerais, apud LCPC(1979). Tabela 3.3 - Superfície específica de argilas, apud Lan(1980).
Tabela 3.4 - Carta de classificação de solos da RTR (Recommandation pour les Terrassements Routiers) com os valores de Vb, apud Lan(1981).
Tabela 3.5 - Classificação RTR acrescida do valor de azul, segundo Schaeffner(1989). Tabela 5.1 - Distribuição das amostras segundo classe MCT e origem.
Tabela 5.2 - Valores de azul, Va e coeficientes de atividade, CA, em função da superfície específica medida pelo azul de metileno. Valores retirados de Lan(1980).
Tabela 5.3 - Resultados possíveis do confronto entre a Classificação MCT e a adsorção de azul de metileno, em função da posição da coleta dos solos no perfil vertical.
ÍNDICE
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO 1
CAPÍTULO 2: O SOLO ARENOSO FINO E AS CLASSIFICAÇÕES DE SOLO
PARA FINALIDADES RODOVIÁRIAS 4
2.1. Introdução 4
2.2. O Solo Arenoso Fino - Pequeno Histórico 4
2.3. O Sistema de Classificação MCT 8
2.3.1. Histórico - O Ensaio Moisture Condiction Value (MCV) 8
2.3.2. O Ensaio Mini-MCV 11
2.3.3. O Ensaio de Perda de Peso por Imersão 12
2.3.4. A Classificação MCT
13 2.4. Considerações Adicionais Acerca da Classificação MCT 17
2.5. Comentários Finais 23
CAPÍTULO 3: A UTILIZAÇÃO DO AZUL DE METILENO NA
CARACTERIZAÇÃO DE SOLOS 25
3.1. Histórico 25
3.2. Caracterização de Argilas para Cerâmica 25
3.3. Classificações de Solos 27
3.4. Caracterização de Solos Tropicais 37
CAPÍTULO 4: COLETA DE AMOSTRAS, ENSAIO DE ADSORÇÃO DE AZUL DE METILENO, PELO MÉTODO DA MANCHA, E ENSAIOS
REALIZADOS 46
4.1. Introdução 46
4.2. Coleta de Amostras 46
4.2.1. Generalidades 46
4.2.2. Descrição Suscinta das Amostras por Origem 47
4.2.2.1. Amostras do Prof. Alfredo D'avila 47
4.2.2.2. Amostras da EESC 47
4.2.2.3. Amostras da Lenc 48
4.2.2.4. Amostras da Enga. Noris Costa Diniz Coelho de Souza 48
4.2.2.5. Amostras da Profa. Teresinha de Jesus Bonuccelli 48
4.2.2.6. Amostras da UFSCAR 49
4.3. Ensaio de Adsorção de Azul de Metileno pelo Método da Mancha 49
4.3.1. Aparelhagem e Materiais 49
4.3.2. Preparação da Amostra 50
4.3.3. Execução do Ensaio 51
4.3.4. Resultados 52
a) Valor de Azul 52
b) Coeficiente de Atividade 53
4.4. Ensaios Realizados 53
4.4.1. Introdução 53
4.4.2. Classificação MCT 53
4.4.3. Massa Específica dos Sólidos 54
4.4.3. Granulometria Conjunta - Peneiramento + Sedimentação 54
4.4.4. Adsorção de Azul de Metileno 54
4.4.5. Ensaios Complementares 55
a) Microscopia Eletrônica de Varredura 55
CAPÍTULO 5: APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS DA
PESQUISA 57
5.1. Introdução 57
5.2. Distribuição das Amostras segundo a Classificação MCT 58 5.3. Resultados dos Ensaios de Adsoção de Azul de Metileno pelo Método da Mancha 60
5.3.1. Generalidades 60
5.3.2. Influência do pH da Suspensão Solo+Água no Ensaio de Adsorção de Azul de
Metileno 60
5.3.3. Influência do Diâmetro da Fração Ativa no Coeficiente de Atividade 62 5.3.4. Fixação do pH para o Ensaio de Adsorção de Azul de Metileno e do Diâmetro
que Define a Fração Ativa do Solo para Cálculo do Coeficiente de Atividade 64
5.4. Confronto entre os Resultados dos Ensaios de Adsorção de Azul de Metileno com a
Classificação MCT 64
5.4.1. Generalidades 64
5.4.2. Coeficiente de Atividade CA versus Índice e' da Classificação MCT 65
5.4.3. Valor de Azul - Va 66
5.4.4. Discussão dos Resultados da Adsorção de Azul de Metileno Versus a
Classificação MCT, em Função da Origem das Amostras 70
5.4.4.1. Amostras do Prof. Alfredo 70
5.4.4.2. Amostras da EESC 72
5.4.4.3. Amostras da LENC 74
5.4.4.4. Amostras da Geola. Noris 76
5.4.4.5. Amostras da Profa. Teresinha 77
5.4.4.6. Amostras da UFSCAR 79
CAPÍTULO 6: PROPOSTA DE CARACTERIZAÇÃO DA FRAÇÃO FINA DE SOLOS TROPICAIS ATRAVÉS DA ADSORÇÃO DE AZUL DE
METILENO, PELO MÉTODO DA MANCHA 83
6.1. Introdução 83
6.2. Propostas para Simplificação do Ensaio de Sedimentação 83 6.2.1. Determinação da Massa Específica dos Sólidos 84
6.2.2. Ensaio de Sedimentação 86
6.3. Procedimento para a Caracterização da Fração Fina de Solos Tropicais Através da
Adsorção de Azul de Metileno 87
6.3.1. Métodos de Ensaio Utilizados 87
6.3.2. Caracterização da Fração Fina de Solos Tropicais 88
6.4. Comentários Finais 90
CAPÍTULO 7: CONCLUSÕES 91
7.1. Introdução 91
7.2. Principais Conclusões 91
7.2.1 Quanto à Classificação MCT 91
7.2.2 Quanto ao Ensaio de Adsorção de Azul de Metileno pelo Método da Mancha 92 7.2.3. Quanto ao Processo de Determinação da Atividade da Fração Fina dos Solos 93
7.3. Desenvolvimentos Futuros 95
BIBLIOGRAFIA 97
ANEXO 2: FOTOGRAFIAS NO MICROSCÓPIO ELETRÔNICO DE VARREDURA.
CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO
Nas últimas duas décadas houve uma mudança radical no entendimento e uso de classificações geotécnicas, principalmente, no que diz respeito aos solos tropicais.
Já foi provado que as classificações ditas tradicionais, que se baseiam na distribuição granulométrica e nos índices físicos (Ll e Ip), como a HRB e a USCS, são ineficientes para a previsão de propriedades desses solos. Nogami e Villibor(1980) demonstraram, experimentalmente, que solos lateríticos e saprolíticos, que possuem propriedades completamente diferentes, podem ocupar mesma posição nessas classificações.
Mais recentemente, Sória(1985) demonstrou, utilizando preceitos estabelecidos na lógica formal, que tais classificações são, ou tautológicas, ou padecem da figura da falácia do conseqüente. Ou seja, que elas apenas fornecem um novo nome a um solo ao classificá-lo, ou ainda, só permitem afirmar que "dois solos idênticos possuem mesmo índice classificatório" porém, não permitem afirmar que "solos com mesmo índice classificatório são idênticos".
Muito tem sido feito para solver esses problemas. Das propostas existentes, cabe citar as mais relevantes, na opinião do autor, como o sistema MCT de classificação de solos, desenvolvido por Nogami e Villibor(1980, 1981, 1985), e a tentativa, feita por Silveira(1985, 1989), em estabelecer um novo índice classificatório.
Nogami e Villibor(1980, 1981, 1985) mostraram que existem diferenças importantes entre os solos tropicais, em função de seu grau de evolução pedológico. Essas diferenças ocorrem desde a microestrutura típica desses solos, que reflete o estádio de evolução, até a natureza e quantidades dos materiais que compõem suas diversas frações granulométricas.
Para caracterizar essas diferenças, esses autores desenvolveram um sistema classificatório empírico, denominado MCT (de Miniatura, Compactado e Tropical) que, por meio de ensaios de laboratório, tais como compactação e imersão em água, mimetizam, de certa forma, as situações a que os solos são submetidos quando compactados e utilizados em obras viárias. A partir dos resultados, os solos foram classificados, segundo seus comportamentos, em lateríticos e não lateríticos.
O sistema de classificação MCT vem sendo aperfeiçoado desde a sua primeira apresentação e é hoje, o melhor, senão o único, capaz de identificar as diferenças entre os diversos tipos de solos tropicais e lhes atribuir suas reais qualidades.
da Atividade Coloidal desenvolvida por Skempton(1953). Para a classificação dos solos, dispondo-se do Grau de Argilosidade, bastariam considerações adicionais quanto à fração grossa, do ponto de vista da sua composição e distribuição, já que a fração ativa estaria caracterizada por meio do índice proposto.
O Grau de Argilosidade foi pesquisado por Bonuccelli(1992). Os resultados, porém, se restringiram mais aos aspectos ligados aos métodos empregados para a sua obtenção, do que à sua capacidade de distingüir as diferenças existentes entre os diversos tipos de solos tropicais. Não se concluiu se o Grau de Argilosidade é ou não eficiente na execução desta tarefa. Entretanto, a idéia é muito boa, pois utiliza (ou utilizaria) a distribuição granulométrica como parâmetro classificatório, que é, sem dúvida, a característica mais notável e utilizada dos solos, do ponto de vista de seu emprego em obras de engenharia.
Nesta tese também buscou-se estabelecer índices classificatórios, que fossem capazes de refletir as diferenças entre os vários solos, no universo de solos tropicais. Esta busca, no entanto, baseou-se nas idéias lançadas por Lan(1977, 1980, 1981) e outros, utilizadas, com sucesso, na França, pelo Laboratoires des Ponts et Chaussées.
Lan(1977, 1980, 1981) propôs a caracterização dos solos a partir da quantificação da sua superfície específica, ou área por unidade de massa. Quanto maior a superfície específica, maior a atividade dos argilo-minerais presentes no solo e, conseqüentemente, piores as suas características. Essa quantificação foi feita através da adsorção de corante pelos solos, ou seja, fixação de moléculas de corante orgânico - azul de metileno - na superfície dos solos.
No caso dos solos tropicais, essa experiência não pôde ser simplesmente transposta, pois existem algumas diferenças nos solos, inerentes ao processo evolutivo que sofreram. Os solos tropicais podem apresentar, além dos argilo-minerais usuais, também encontrados nos franceses, um tipo característico e exclusivo dos climas tropical e sub-tropical, que é aqui denominado de laterizado. E devido à existência deste tipo, ocorrem as diferenças de propriedades encontradas nos solos tropicais, não caracterizadas pelas classificações tradicionais.
Nesta tese, portanto, testou-se a possibilidade da utilização da adsorção de azul de metileno para a caracterização dos solos tropicais. Esse teste foi realizado confrontando-se os resultados da adsorção de azul de metileno com os obtidos da classificação MCT.
Quanto à organização, a tese contém mais seis Capítulos e três Anexos, com os seguintes conteúdos:
No Capítulo 2 é feita uma revisão bibliográfica, descrevendo, sob o ponto de vista do autor, os fatos que levaram ao surgimento da classificação MCT. É feito também um pequeno experimento para avaliar a reprodutibilidade dos parâmetros utilizados nessa classificação, que até então
No Capítulo 3 é feita uma revisão bibliográfica sobre a utilização da adsorção de corantes, em especial, do azul de metileno, para a caracterização de materiais, tanto para uso em indústrias cerâmicas, como para a classificação de solos. São apresentados, também, os fatores que influem nos resultados obtidos.
No Capítulo 4 é feita uma breve descrição dos critérios que nortearam a coleta de amostras utilizadas nos experimentos e dos métodos de ensaio adotados.
Já no Capítulo 5 são estabelecidos graus de atividade para os diversos solos ensaiados e faz-se o confronto dos resultados da pesquisa de adsorção de azul de metileno com os obtidos da aplicação da classificação MCT. Os resultados são apresentados por grupos de amostras, reunidos segundo sua origem e, discutidos, quando há discordância, caso a caso.
No Capítulo 6 são apresentados, duas propostas para simplificação dos ensaios envolvidos na determinação da atividade dos solos, uma descrição resumida do procedimento de caracterização resultante e o ábaco para essa caracterização.
O Capítulo 7 traz as conclusões obtidas desta pesquisa, as perspectivas de uso e limitações do sistema de caracterização da fração fina de solos tropicais aqui desenvolvido, e as sugestões para pesquisas futuras.
CAPÍTULO 2
O SOLO ARENOSO FINO E AS CLASSIFICAÇÕES DE
SOLOS PARA FINALIDADES RODOVIÁRIAS
2.1. INTRODUÇÃO
Pretende-se, neste capítulo, mostrar a influência que a utilização do solo arenoso fino, como base de pavimentos, causou no entendimento das classificações de solos tradicionais; como aconteceram as pesquisas no sentido de qualificar esses solos do ponto de vista da laterização e sanar as deficiências nos sistemas classificatórios de uso corrente. Serão ainda mostrados detalhes do ensaio que originou o ensaio Mini-MCV, o próprio ensaio Mini-MCV, a classificação MCT e os parâmetros que a compõem e seus significados.
Será dada ênfase especial para a classificação MCT, uma vez que as informações dela obtidas serão utilizadas posteriormente para teste e validação dos resultados obtidos através do método de caracterização proposto neste trabalho.
2.2. O SOLO ARENOSO FINO - PEQUENO HISTÓRICO
Em 1967 foi construído o primeiro trecho de estrada (Villibor, 1974 e Corrêa, 1976) onde se utilizou, experimentalmente, um solo arenoso fino como base do pavimento. Tratava-se de uma variante situada no entroncamento da SP-310 com a SP-331, denominada Trecho Experimental do Periquito, com VDM previsto de 3200 veículos (50% comerciais) e construída para uma utilização temporária de 90 dias, após o que o tráfego seria desviado para o traçado definitivo. Foi utilizado, na sua construção, um solo arenoso existente na região. Este solo, classificado como A-2-4 segundo a HRB-AASHO, apresentava um índice de suporte igual a 80%, expansão nula e índice de plasticidade de 9%. Apesar do elevado valor de índice de suporte constatado, o mesmo não se enquadrava nas especificações correntes que o qualificariam como material para base estabilizada granulometricamente (os requisitos, granulometria e índices plásticos não eram atendidos). Sobre a camada de base foi construído um revestimento constituído de tratamento superficial simples, com aproximadamente 0,5 cm de espessura.
afundamentos nos locais onde, por ocasião do controle de compactação da base, haviam sido executados furos para determinação do grau de compactação e teor de umidade.
Devido ao sucesso da solução adotada no Trecho Experimental do Periquito e frente à necessidade de construção de uma nova variante, esta no entroncamento da SP-310 com a SP-326, optou-se por repetir a mesma solução, ou seja, utilizou-se novamente o referido solo arenoso fino na construção da base do pavimento. Esta nova variante, denominada Trecho Experimental do Cambuy (Villibor, 1974 e Corrêa, 1976), foi construída também em 1967, tendo sido utilizada por aproximadamente 100 dias (3200 veículos/dia), após o que o tráfego foi desviado para o traçado definitivo. Procedeu-se então, uma inspeção visual minuciosa, não se tendo observado a ocorrência de defeitos significativos.
Em 1968, as Centrais Elétricas de São Paulo, CESP, juntamente com o Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo, IPT, construíram um trecho experimental de 1000 m de extensão na rodovia que liga Pereira Barreto a Ilha Solteira. Foi utilizado na construção da base um solo A-4 (HRB-AASHO) com CBR igual a 132%. Este trecho foi observado por muitos anos (Villibor, 1974; Corrêa, 1976 e Villibor, 1981), não apresentando nenhum defeito digno de nota, estando em serviço até a presente data. Deve-se ressaltar que neste caso, além do solo não atender às especificações correntes de materiais para bases estabilizadas granulometricamente, a previsão de seu comportamento como subleito, obtida a partir do uso da classificação HRB-AASHO, é de médio a ruim.
Assim, as experiências com o solo arenoso fino como material de base foram se multiplicando, com a sua utilização em acostamentos, pavimentos urbanos e estradas de pequeno tráfego (Villibor, 1974), visando sempre o melhor conhecimento de suas características.
Villibor(1974), em sua dissertação de mestrado, mostrou a distribuição desses solos quanto à ocorrência geológica, indicando as unidades onde sua presença era comprovada (formações Bauru, Botucatu e Piramboia); afirmou ainda serem esses materiais lateríticos, ou seja, materiais que haviam sofrido processo pedológico de evolução específico, com enriquecimento do conteúdo de óxidos de ferro e hidróxidos de alumínio numa proporção muito maior do que aquela encontrada nas rochas de origem meramente caolinizadas (Buchanan, 1807 e Schellmann, 1983 in Melfi et alii, 1985); apresentou também um estudo efetuado a partir de 1309 amostras de solos provenientes de 200 jazidas próximas da Divisão Regional do DER de Araraquara, correlacionando valores de CBR com porcentagem passada na peneira #200, CBR com Ip, etc. Apresentou ainda a primeira tentativa de especificação de materiais para base de solo arenoso fino. Deve-se notar que o têrmo laterítico não havia sido ainda incorporado ao nome do "solo arenoso fino", mas apenas utilizado juntamente com a ocorrência geológica, para justificar as diferenças de propriedades ("peculiaridades") neles encontradas, com relação àquelas previstas pela classificação de solos usualmente utilizada no meio rodoviário até então.
as formações de solos originados da decomposição de gnaisses e pertencentes ao grupo A-7 da classificação HRB-AASHO, onde distinguem-se, freqüentemente, dois sub-universos de solos com comportamentos distintos em um mesmo perfil vertical: um que propicia a obtenção de valores de CBR elevados, correspondente ao horizonte pedologicamente laterizado e outro que propicia a obtenção de valores de CBR menores, correspondente ao horizonte de alteração subjacente. Nessas regiões, é comum, na construção de estradas, a utilização de uma camada de argila laterítica A-7-5 capeando um solo A-2-4, por esta apresentar suporte melhor e expansão menos elevada quando comparada a este solo.
Através dos convênios efetuados entre o Departamento de Estradas de Rodagem do Estado de São Paulo e a Escola de Engenharia de São Carlos, representada pelo IPAI, Instituto de Pesquisas e Aperfeiçoamento Industrial, e com o Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo, IPT, as pesquisas acerca do solo arenoso fino foram sendo intensificadas. No convênio DER-SP/IPT utilizaram-se ensaios de difratometria de raios X para determinação dos minerais constituintes desses solos e microscopia eletrônica de varredura (MEV) para a observação de sua microestrutura. Com isso, foi possível identificar a composição desses materiais quanto à mineralogia: a caulinita é o principal argilo-mineral encontrado, acompanhada de goetita, hematita e, freqüentemente, gibsita. Já se sabia então, que esta caulinita apresentava-se revestida por uma camada amorfa de óxidos de ferro e hidróxidos de alumínio, formando uma crosta que lhe proporcionava a aparência de uma "pipoca", conforme é mostrado na fotografia apresentada na Figura 2.1.
No convênio DER-SP/IPAI utilizaram-se ensaios para a quantificação das propriedades mecânicas dos solos arenosos finos utilizados como base de pavimentos, tais como: ensaios de avaliação de índice de suporte Mini-CBR, conforme desenvolvido por Nogami(1972), em diversas condições de umidade e sobrecarga, medida de expansão com e sem sobrecarga, medida de contração, permeabilidade com carga variável e absorção d'água por sucção capilar. Foram feitos também ensaios de Mini-CBR "in situ" para avaliar o suporte dessas bases quando em serviço. Havia então, uma grande preocupação em se "achar" uma maneira simples de se caracterizar um solo como sendo ou não laterítico, pelo menos para a finalidade de pavimentação, que não dependesse de informações associadas à localização da ocorrência e de um conhecimento profundo de pedologia por parte do técnico. O autor se recorda que sua primeira tarefa como estagiário do convênio, no início de 1976, foi tabular valores dos produtos Ll versus porcentagem que passa na peneira #200 e Ip versus porcentagem que passa na peneira #200, para mais de 1000 amostras, com o intuito de verificar a existência de alguma diferença nesses produtos que pudesse distinguir solos lateríticos dos não lateríticos.
Em 1978, em relatório de apreciação dos serviços prestados ao convênio 042/77 DER-SP/IPAI, Sória(1978) propôs o uso de um índice baseado em parâmetros de resistência, que possibilitava a distinção entre solos de comportamento laterítico e não laterítico. Para o experimento, orientado pelos Professores Nogami e Villibor, foram montadas duas "famílias" de solos, uma com matriz argilosa de origem laterítica e outra com matriz argilosa não laterítica (montmorilonítica), variando-se a porcentagem das frações areia e silte + argila, para um mesmo tipo de areia (quartzosa). Verificou-se que nos solos cuja matriz argilosa era não laterítica, havia um acentuado decréscimo da capacidade de suporte medida através do ensaio de Mini-CBR, obtido após 24 horas de imersão, em relação ao obtido na umidade de moldagem, o que não acontecia com aqueles cuja matriz argilosa era de origem laterítica.
Dessa forma, foi proposta a "Relação entre Índices de Suporte", ou RIS, que é a relação, expressa em porcentagem, entre o valor obtido do ensaio de Mini-CBR após 24 horas de imersão, com sobrecarga, e o valor do Mini-CBR obtido na umidade de moldagem, com sobrecarga, para as condições de umidade ótima e massa específica aparente seca máxima, obtida na energia de compactação intermediária. Posteriormente, Villibor(1981) apresentou um estudo mostrando que todos os solos arenosos finos lateríticos utilizados como materiais para base de pavimentos, até aquela data, possuiam um valor de RIS acima de 50%, ou seja, a perda de suporte devido à imersão era menor do que 50%, sendo então esse valor sugerido como valor mínimo para a escolha de materiais para base. Atualmente, ainda se utiliza a mesma relação, agora na forma (1 - RIS), para se avaliar diretamente a perda de suporte devido à imersão, sendo que esta forma foi adotada oficialmente pelo DER-SP e faz parte das suas especificações para materiais para base de solo arenoso fino laterítico (DER-SP, 1991).
adequada das propriedades mecânicas dos solos, principalmente quando se tratava de solos lateríticos. Essa classificação substimava tais propriedades e, em muitos casos, obrigava a utilização de materiais piores (do ponto de vista de comportamento como camada de pavimento) em detrimento daqueles lateríticos, de características comprovadamente melhores (Nogami, 1976).
Além disso, pesava o fato do sistema HRB-AASHO de classificação de solos estar baseado em ensaios (Ll, Lp) de baixa reprodutibilidade, principalmente quando são ensaiados solos laterizados, onde, aparentemente, o tempo e o esforço de homogeneização do teor de umidade da amostra (umedecimento e espatulação) implica em uma variação muito grande de resultados, conforme encontrado nos relatórios da pesquisa interlaboratorial patrocinada pelo IPT, em Villibor(1981) e em Ignitius(1990).
Assim sendo, o grupo de pesquisas do convênio IPAI/DER-SP 42/77 continuou a procurar ensaios que pudessem fornecer subsídios para a caracterização de solos quanto à história pedológica, pelo menos com vistas para a aplicação desses solos em pavimentação. Estas pesquisas levaram então à Classificação MCT, que será descrita no próximo item.
2.3. O SISTEMA DE CLASSIFICAÇÃO MCT
2.3.1. HISTÓRICO - O ENSAIO MOISTURE CONDICTION VALUE (MCV)
Em meados de 1979, o Professor Job Shuji Nogami, então engenheiro do DER-SP engajado no convênio 42/77 do IPAI/DER-SP, apresentou, à equipe técnica do convênio sediada no laboratório da DR-4 em Araraquara, o ensaio de MCV, Moisture Condiction Value, desenvolvido por Parsons(1976) e uma classificação de solos baseada nos resultados deste ensaio (Parsons e Bolden, 1979). Apresentou também a sua proposta de adaptação desse ensaio para que fosse possível a sua execução a partir de corpos de prova de dimensões reduzidas obtidos utilizando-se o equipamento de compactação e cilindro do ensaio Mini-CBR. O ensaio realizado nessas condições foi denominado pelo seu autor de Mini-MCV.
Segundo Parsons(1976), o ensaio MCV baseia-se no princípio fundamental da compactação, onde a densidade obtida é função somente do teor de umidade e do esforço de compactação dispendido. Foi originalmente desenvolvido com a finalidade de medir um "valor" associado à condição de umidade que o solo contém e é utilizado para verificar, rapidamente, no campo, o teor de umidade do solo e as condições de trabalhabilidade associadas a esse teor de umidade.
O término do ensaio, para um dado teor de umidade, dá-se quando não há mais ganho significativo de densidade durante o processo de compactação, ou seja, quando houver pequena ou nenhuma penetração do soquete no molde de compactação com a aplicação dos golpes, traduzido pela repetição de valores muito semelhantes durante três leituras consecutivas, no mínimo.
Tabela 2.1 - Resumo dos resultados de um ensaio de MCV, para um teor de umidade (26,5%), apud Parsons e Bolden (1979).
Número de Golpes do Soquete (n)
Penetração do soquete no Molde (mm)
Diferença de Penetração entre n e 4n golpes (mm)
1 41,0 33,5
2 57,5 33,0
3 67,0 33,5
4 74,5 26,5
6 84,0 17,0
8 90,5 10,5
12 100,5 0,5
16 101,0 -
24 101,0 -
32 101,0 -
48 101,0 -
Com os resultados das medidas de penetração do soquete, calculam-se as diferenças de penetração entre os golpes "n" e "4n" (por exemplo, a1 - a4, a2 - a8, etc), conforme é mostrado na última coluna da Tabela 2.1. Os valores das diferenças de penetração do soquete são lançados em um gráfico, contra o logarítmo do número de golpes, conforme ilustrado na Figura 2.2.
O índice MCV, para um determinado teor de umidade, é obtido a partir da expressão 2.1, ou seja:
MCV = 10 log (n) (2.1)
onde n é o número de golpes correspondente a uma diferença de penetração de 5 mm.
Figura 2.2 - Curva de diferença de penetração versus número de golpes e determinação do MCV, apud Parsons e Bolden (1979).
A partir dos coeficientes a e b, Parsons e Bolden(1979) propuseram uma classificação de solos, onde a graduação e a plasticidade são inferidas em função da posição do par de parâmetros a
e b do solo, obtidos do ensaio de MCV, em uma carta de classificação.
Parsons e Bolden(1979) correlacionaram também o MCV com a resistência ao cisalhamento não drenado de argilas de média e alta plasticidade, com a perda de produtividade na construção de aterros e cortes devido a afundamento do equipamento utilizado na compactação, com a velocidade média de trabalho das máquinas e com o afundamento do pneu da máquina numa única passada sobre o terrapleno.
2.3.2. O ENSAIO MINI-MCV
A primeira tentativa de padronização do ensaio Mini-MCV, conforme o idealizado pelo Prof. Nogami, a partir do ensaio MCV de Parsons(1976), foi proposta por Sória e Fabbri(1980), a pedido do referido professor. As principais diferenças e semelhanças entre o ensaio original e o de Mini-MCV são listadas na Tabela 2.2.
Este novo ensaio, o Mini-MCV, apesar de reduzir a quantidade de solo usada na compactação (utilizando 200 g de solo por teor de umidade, totalizando no máximo 1000 g), e o esforço dispendido na sua realização (pois utiliza um soquete de 2270 g), manteve os outros procedimentos do ensaio original, permitindo a obtenção de parâmetros a' e b' da curva de calibração teor de umidade versus Mini-MCV, similares aos a e b de Parsons e Bolden(1979).
Além dos parâmetros originais do ensaio MCV, o Mini-MCV possibilita ainda a obtenção de uma família de curvas de compactação do solo (massa específica aparente seca versus teor de umidade de compactação). Tais curvas são calculadas a partir das alturas parciais atingidas pelo corpo de prova durante a aplicação da seqüência de golpes pré-estabelecida, abrangendo desde energias inferiores à normal até além da intermediária. O Mini-MCV permite ainda que sejam realizados, após a moldagem dos corpos de prova, ensaios de medida de capacidade de suporte tipo Mini-CBR e outros da mesma família, para a condição sem imersão ou umidade de moldagem, conforme ressaltam Nogami e Villibor(1980).
Tabela 2.2 - Semelhanças e diferenças entre os ensaios MCV (Parsons e Bolden, 1979) e Mini-MCV (Sória e Fabbri, 1980).
Ensaio
Característica
MCV Mini_MCV
Diâmetro do molde 100 mm 50 mm
Massa de solo 1500 g 200 ou 220 g*
Massa do soquete 6800 g 2270 g
Altura de queda do soquete 250 mm 305 mm
O que é medido Penetração do soquete em
relação ao topo do cilindro Altura do corpo de prova diretamente
Diferença de Penetração/Altura p/ cálculo do MCV/Mini-MCV
5 mm 2 mm
Forma de cálculo do MCV/Mini-MCV
10 log (n) 10 log (n)
Geratriz n - 4n n - 4n
Término do ensaio 3 leituras consecutivas de penetração do soquete semelhantes
- ocorrência de exsudação - diferença entre leituras menor que 0,1 mm
- ao se atingir 256 golpes
* mudado posteriormente para somente 200 g, como será visto no ítem 2.3.3.
2.3.3. O ENSAIO DE PERDA DE PESO POR IMERSÃO
Nogami e Villibor(1980) propuseram a realização de um ensaio para a determinação do comportamento do solo quando imerso em água, posteriormente denominado "Perda de Peso por Imersão" ou simplesmente "Perda de Peso", executado com os corpos de prova que resultam do ensaio de Mini-MCV. Esse ensaio é uma adaptação de um ensaio utilizado anteriormente pelos mesmos autores para avaliação da erodibilidade de solos (Nogami e Villibor, 1979) e é descrito a seguir.
Após a execução do ensaio de Mini-MCV, cada corpo de prova, correspondente a um determinado teor de umidade de compactação, é parcialmente extrudado do molde, de modo que o seu topo fique 1,0 cm para fora do cilindro. Em seguida, o conjunto cilindro-corpo de prova é imerso em água, com seu eixo de simetria na posição horizontal, por um período mínimo de 12 horas. A porção de solo que eventualmente se desprender é coletada para posterior determinação da
eventualmente desprendida e a massa seca correspondente a 1,0 cm do corpo de prova no final da compactação, calculada a partir da massa específica aparente seca obtida do ensaio.
Caso não haja nenhum desprendimento de solo, a Perda de Peso será zero para o teor de umidade correspondente; caso parte considerável do corpo de prova se desprenda, causando uma concavidade para dentro do cilindro, a Perda de Peso será, conseqüentemente, maior que 100%. Havendo desprendimento de blocos cilíndricos ainda coesos, multiplica-se o valor da Perda de Peso
obtida por um fator igual a 0,5.
Com os resultados da Perda de Peso por Imersão para cada teor de umidade (ou valor de Mini-MCV), traça-se uma curva Perda de Peso contra o índice Mini-MCV, lançando-se as Perdas de Peso em ordenadas, e os valores de Mini-MCV correspondentes, em abscissas. Dessa curva é extraído um parâmetro Pi, que traduz a Perda de Peso característica do solo, e é utilizado para fins de classificação, conforme será visto mais adiante.
Segundo Nogami e Villibor(1981, 1985), a Perda de Peso por Imersão é determinada para o índice Mini-MCV igual a 10, quando o solo ensaiado é argiloso (massa de ensaio igual a 200 g) e para o índice Mini-MCV igual a 15, quando o solo ensaiado é arenoso (massa de ensaio igual a 220 g). Atualmente, como o ensaio é realizado somente com 200 g, a Perda de Peso é determinada, através da curva de Perda de Peso versus Mini-MCV, para o índice Mini-MCV igual a 10 ou 15, conforme a altura do corpo de prova no final da compactação. Caso o corpo de prova, para Mini-MCV igual a 10, apresente altura final inferior a 48 mm, indicando alta massa específica, a Perda de Peso é determinada para o índice Mini-MCV igual a 15; caso contrário, determina-se a Perda de Peso correspondente ao índice Mini-MCV igual a 10 (DER, 1988).
2.3.4. A CLASSIFICAÇÃO MCT
A partir dos resultados obtidos dos ensaios de Mini-MCV e Perda de Peso por Imersão, Nogami e Villibor(1981) propuseram um sistema de classificação de solos denominado MCT, abreviação de Miniatura, Compactado e Tropical que, entre outras características, permite agrupar os solos em duas grandes classes, conforme seu comportamento quando compactado, a saber: laterítico (L) e não laterítico (N).
A classe de solos de comportamento não laterítico foi subdividida em 4 grupos: areias não lateríticas (NA), solos arenosos não lateríticos (NA'), solos siltosos não lateríticos (NS') e solos argilosos não lateríticos (NG'). Já a classe de solos de comportamento laterítico foi subdividida somente em três grupos: areias lateríticas (LA), solos arenosos lateríticos (LA') e solos argilosos lateríticos (LG'), uma vez que nos solos lateríticos não há ocorrência de solos com parcela significativa de fração silte. O ábaco da classificação MCT é mostrado na Figura 2.4.
inclinação da curva de diferença de altura versus o índice MCV, para o valor do índice Mini-MCV igual a 10 (expresso em mm). Nos casos onde o ensaio não fornece uma curva para o índice Mini-MCV igual a 10, deve-se fazer a devida interpolação para a obtenção deste parâmetro. Um exemplo da determinação do índice c' é mostrado na Figura 2.5.
O segundo índice necessário para a classificacão MCT, índice e', é calculado segundo a seguinte expressão:
e
d
Pi
'
'
=
20
+
100
3 (2.2)
onde:
d': coeficiente angular da parte mais inclinada do ramo seco da curva de compactação correspondente a 12 golpes, expresso em kg/m3%;
Pi: Perda dePpeso característica do solo, determinada segundo a massa específica (altura) obtida para o índice Mini-MCV igual a 10, durante o ensaio de Mini-MCV, expressa em %.
COEFICIENTE
0 0, 5 0, 7 1, 0 1, 5 2, 0 2, 5
1, 0 0, 5 1, 15 1, 4 1, 5 1, 75 2, 0 2, 2 LG' LA' LA NA' NA NS' NG'
A = AREIA A' = ARENOSO G' = ARGILOSO S' = SILTOSO ÍNDICE
e'
c'
L = LATERÍTICO N = NÃO LATERÍTICO
0,27 0,45 1,7
Figura 2.5 - Curvas de afundamento versus número de golpes (ou Mini-MCV) para o solo do entroncamento da SP-333, em Ribeirão Preto, e determinação do coeficiente c'.
Na Figura 2.6 é apresentado um exemplo de como é feita a determinação do índice d', que é o coeficiente angular da parte mais inclinada do ramo seco da curva de compactação correspondente a 12 golpes (x1000), obtida durante o processo de compactação, no ensaio de Mini-MCV. Já a Figura 2.7 mostra um resultado típico de curva de Perda de Peso por Imersão versus o valor Mini-MCV e a determinação do parâmetro Pi. Nesta figura, a Perda de Peso por Imersão foi determinada para o índice Mini-MCV igual a 15, pois o solo apresenta massa específica aparente seca alta na condição de umidade correspondente ao índice Mini-MCV igual a 10 (altura menor que 48 mm).
Figura 2.7 - Curva de Perda de Peso por Imersão versus o índice Mini-MCV para o solo do entroncamento da SP-333, em Ribeirão Preto. Teores de umidade utilizados no ensaio estão indicados entre parêntesis.
A título de exemplo, considerando os resultados dos ensaios do solo utilizado nos exemplos mostrados nas figuras 2.5, 2.6 e 2.7, tem-se:
e'
,
,
,
= 20 + =
60 2
106 08 100 1 12 3
e
c'=1 82,
Portanto, reportando-se à Figura 2.4, a classificação do solo do entroncamento da SP-333, em Ribeirão Preto, é LG', ou seja, um solo argiloso laterítico.
descontínua, torna-se necessário a utilização de considerações complementares. Para o solo ser considerado laterítico devem ocorrer as seguintes condições: a) a curva índices Mini-MCV versus teor de umidade deve conter uma parte curvilínea entre os valores Mini-MCV 10 e 15, com a diminuição da inclinação com o crescimento do Mini-MCV e b) o valor da Perda de Peso por Imersão deve decrescer com o crescimento do índice Mini-MCV entre os valores Mini-MCV 10 e 15. Caso estas duas condições não sejam satisfeitas, deve-se lançar mão de ensaios apropriados para determinar diretamente as características do solo em questão (Nogami e Villibor, 1985).
Determinada a classe do solo é então possível fazer previsões de suas características a partir da carta de propriedades físicas dos grupos de solos da classificação MCT (Nogami e Villibor, 1985 e DER-SP, 1988), que é mostrada na Tabela 2.3. Nesta carta são apresentados os intervalos de variação dos valores de algumas propriedades dos solos analisados, tais como Mini-CBR sem embebição, perda de suporte por embebição, expansão, contração, permeabilidade, plasticidade e granulometrias típicas em função da classe/grupo ocupado pelo solo na classificação MCT.
2.4. CONSIDERAÇÕES ADICIONAIS ACERCA DA CLASSIFICAÇÃO MCT
Parece não haver dúvida, no meio técnico, quanto à importância do surgimento da classificação MCT para solos tropicais, sobretudo se for considerada a quantidade de artigos, dissertações e teses onde ela é citada ou que dela fazem uso para caracterização de solos, mapeamentos geotécnicos, etc.. Como foi discutido anteriormente, ela veio preencher uma lacuna deixada pelas classificações chamadas ortodoxas por Carvalho et alii(1985), que utilizam granulometria e índices físicos, tais como a HRB-AASHO e a USCS. Estas classificações, originárias de países de clima temperado, foram desenvolvidas para os solos lá encontrados, não sendo adaptadas para os solos tropicais, mesmo depois de algumas tentativas de introdução de índices auxiliares tais como atividade da argila e outros, como pode ser encontrado em Vargas(1982) e Silveira (1989).
Tabela 2.3 - Carta de propridades segundo o método M 197/88, "Classificação de Solos Tropicais Segundo a Classificação MCT", do DER-SP.
PROPRIEDADES FÍSICAS DOS GRUPOS DE SOLOS
CLASSES S - SOLOS DE COMPORTAMENTO "NÃO LATERÍTICO" L - SOLOS DE COMPORTAMENTO "LATERÍTICO"
GRUPOS AREIAS NA ARENOSOS NA' SILTOSOS NS' ARGILOSOS NG' AREIAS LA ARENOSOS LA' ARGILOSOS LG'
GRANULOMETRIAS TÍPICAS (minerais) (1) areias, areias siltosas, siltes (q) areias siltosas,
areias argilosas siltes (k,m), siltes arenosos e argilosos
argilas, argilas arenosas, argilas siltosas
areias com
pouca argila areias argilosas, argilas arenosas argilas, argilas arenosas MINI-CBR SEM EMBEBIÇÃO (%) (2)
MUITO ALTO > 30 ALTO 12-30 MÉDIO 4-12 BAIXO < 4
ALTO A
MÉDIO ALTO
MÉDIO A
ALTO ALTO ALTO
ALTO A
MUITO ALTO ALTO
PERDA DE SUPORTE POR EMBEBIÇÃO (%) (2)
ALTA > 70 MÉDIA 40-70 BAIXA < 40
MÉDIA A
BAIXA BAIXA ALTA ALTA BAIXA BAIXA BAIXA
EXPANSÃO (%) (2)
ALTA > 3,0 MÉDIA 0,5-3,0
BAIXA < 0,5 BAIXA BAIXA ALTA
ALTA A
MÉDIA BAIXA BAIXA BAIXA
CONTRAÇÃO (%) (2)
ALTA > 3,0 MÉDIA 0,5-3,0 BAIXA < 0,5
BAIXA A MÉDIA
BAIXA A
MÉDIA MÉDIA
ALTA A
MÉDIA BAIXA
BAIXA A MÉDIA MÉDIA A ALTA PERMEABILIDADE
log(K(cm/s)) ALTA > (-3) MÉDIA (-3)-(-6) BAIXA < (-6)
MÉDIA A
ALTA BAIXA
MÉDIA A BAIXA BAIXA A MÉDIA MÉDIA A
BAIXA BAIXA BAIXA
PLASTICIDADE IP(%) LL(%) ALTA > 30 > 70 MÉDIA 7-30 30-70 BAIXA < 7 < 30
BAIXA A NP MÉDIA A NP MÉDIA A
ALTA ALTA
Sob o aspecto da sensibilidade do solo frente a ação da água, a classificação MCT resolveu bem a questão com a utilização do ensaio de Perda de Peso por Imersão, que possibilita avaliar, indiretamente, a resultante da expansão diferencial do solo, considerando-se que parcela do corpo de prova esta confinada e parcela não, juntamente com sua coesão permanente, uma vez que o ensaio é feito totalmente imerso em àgua.
O índice e' tem embutido em si, além da "medida" do conjunto expansão + coesão (Pi), a facilidade de ganho de massa específica com a compactação e, conseqüentemente, a graduação e o tipo de mineralogia da fração areia contida no solo, assim como a quantidade de argila nele presente (d'). Já com relação à resiliência, ainda não houve sucesso na tentativa de correlacionar os grupos da classificação MCT com comportamentos típicos bem definidos, conforme encontrado em DNER(1990).
Por outro lado, a classificação MCT apresenta algumas restrições quanto ao seu uso, devido aos processos de ensaios. Essas restrições não estão relacionadas àquelas referentes à limitação a solos que passam quase que integralmente na peneira #2,00 mm, pois esta pode ser facilmente contornada pela análise visual ou mecânica da parte grosseira associada à classificação da parte mais fina (que passa nesta peneira), como também não estão relacionadas à previsão, um pouco imprecisa, das propriedades de solos pré-adensados ou tipicamente transportados (Nogami e Villibor, 1985).
Para a classificação de um solo são necessários 5 corpos de prova compactados em diferentes teores de umidade. A compactação exige, em média, 424 golpes de soquete de 2,27 kg. São realizadas ainda 67 medidas de altura, 213 operações aritméticas para cálculo das diferenças de altura e das massas específicas aparentes secas obtidas, 5 determinações de Perda de Peso por Imersão, 5 determinações de teor de umidade, construção de 4 gráficos, determinação de 3 parâmetros por interpolação e ainda o cálculo de um índice. Esse processo todo é composto por 3 métodos de ensaios, relativamente complexos e de difícil assimilação por parte de quem os executa.
Além disso, até o momento, não existem estudos sobre a reprodutibilidade dos índices e parâmetros obtidos dos ensaios que compõem a classificação MCT, ou seja, se um determinado ensaio for refeito, qual a dispersão de resultados encontrada? Este fato levou o autor a programar e executar algumas séries de repetições de ensaios para alguns solos e verificar a variação encontrada nos resultados. Para isso, foram selecionados três (03) solos dentre os já ensaiados pelo autor e disponíveis em quantidade suficiente no Laboratório de Estradas do STT. Foram feitos dez (10) ensaios de classificação MCT com cada um dos solos escolhidos, tomando-se o cuidado de utilizar sempre o mesmo técnico de laboratório.
sem contudo serem feitas observações quanto à forma de executar essa tarefa, para que pudesse ser avaliado o grau de subjetividade associado a estas operações.
Dessa maneira, teve-se a intenção de determinar, além da dispersão dos resultados de ensaios executados com um mesmo solo (mesmo operador e mesma pessoa para traçar e analisar os resultados), a influência do traçado dos gráficos nos resultados obtidos (mesmo operador e pessoas diferentes para traçar e analisar os resultados). A seguir são relatados os resultados obtidos neste programa de investigação.
O primeiro solo ensaiado foi o proveniente da jazida do Linhão do Broa, material este utilizado na base do Acesso ao Broa (rodovia vicinal com 13 km). Segundo a pedologia, trata-se de um Latossol Vermelho e Amarelo fase arenosa (LVa). Esse material, um solo arenoso fino laterítico, apresenta facilidade de execução dos ensaios para classificação MCT. Os resultados das determinações dos parâmetros, feitas pelo autor e mais dois colaboradores, encontram-se na Tabela 2.4.
Tabela 2.4 - Resultados da repetição de ensaios para o solo do Linhão do Broa.
Parâmetros
Amostra c' d' Pi e' Classe
01 1,55/1,50/1,60 101/98/100 0/0/0 0,58/0,59/0,58 LG'/LA'/LG'
02 1,33/1,45/1,40 135/125/119 24/32/0 0,73/0,78/0,55 LA'/LA'/LA'
03 1,42/1,40/1,50 67/117/63 0/0/0 0,67/0,55/0,68 LA'/LA'/LA'
04 1,30/1,42/1,40 122/117/118 42/40/20 0,83/0,83/0,72 LA'/LA'/LA'
05 1,52/1,50/1,60 153/157/118 25/22/3 0,72/0,70/0,58 LG'/LA'/LG'
06 1,32/1,40/1,34 112/113/111 32/32/5 0,79/0,79/0,61 LA'/LA'/LA'
07 1,46/1,45/1,58 123/155/118 78/75/70 0,95/0,96/0,95 LA'/LA'/LG'
08 1,41/1,45/1,48 100/94/100 45/43/25 0,87/0,86/0,77 LA'/LA'/LA'
09 1,45/1,45/1,53 128/124/125 60/60/45 0,91/0,91/0,85 LA'/LA'/LG'
10 1,53/1,50/1,55 242/240/222 56/42/40 0,86/0,80/0,79 LG'/LA'/LG'
Valor Mínimo 1,30/1,40/1,34 67/94/63 0/0/0 0,58/0,55/0,55 - / -
Valor Máximo 1,55/1,50/1,60 242/240/222 78/75/70 0,95/0,96/0,95 - / -
Valor Médio 1,43/1,45/1,50 128,3/134,0/119,4 36,2/34,6/20,8 0,79/0,78/0,71 - / -
Desvio Padrão 0,09/0,04/0,09 46,21/40,37/40,23 25,23/22,36/24,17 0,12/0,12/0,13 - / -
Coef. Variação (%) 6,30/2,48/6,12 36,01/30,13/33,69 69,69/64,61/116,20 14,54/15,96/18,69 - / -
Result. Originais * 1,08 55,67 102,42 1,11 LA'
* Resultados obtidos no início da pesquisa, em 1991, pelo autor.
Pela análise da Tabela 2.4 pode-se verificar que a variação dos índices classificatórios (c' e
lado, como era de se esperar, a variação da Perda de Peso por Imersão é consideravelmente maior (entre 65% e 116%), indicando que esse procedimento pode produzir resultados com uma certa variação para esse solo, porém, não influenciando demasiadamente os índices finais uma vez que a forma de cálculo do e' impõe a extração de uma raiz cúbica, o que mimiza a influência dessa variação. Com relação aos resultados originais, obtidos pelo autor em 1991, talvez a variação encontrada se deva a diferenças de materiais ensaiados, já que foi necessária uma segunda coleta desse solo durante a pesquisa. Com as variações encontradas, as classificações obtidas, a partir dos vários ensaios, mantiveram-se em duas classe da MCT: LA' e LG'. Originalmente, o solo era classificado como LA'.
O segundo solo ensaiado foi o proveniente do Parque Itaipu, nas proximidades de São Carlos, oriundo de uma mancha de Terra Roxa Estruturada (TE), que também apresentava facilidade de execução dos ensaios da MCT. Os resultados das determinações dos parâmetros encontram-se na Tabela 2.5.
Tabela 2.5 - Resultados da repetição de ensaios para o solo do Parque Itaipu.
Parâmetros
Amostra c' d' Pi e' Classe
01 1,67/1,71/1,69 45/45/41 4/0/15 0,78/0,77/0,86 LG'/LG'/LG'
02 2,05/2,20/2,18 34/54/34 65/65/72 1,07/1,01/1,09 LG'/LG'/LG'
03 1,96/2,25/2,14 39/41/41 2/8/15 0,81/0,83/0,86 LG'/LG'/LG'
04 1,72/2,01/1,97 40/40/41 10/0/15 0,84/0,80/0,86 LG'/LG'/LG'
05 1,91/2,09/2,10 41/41/41 1/0/2 0,99/0,79/0,80 LG'/LG'/LG'
06 1,99/2,00/2,11 34/35/33 2/8/22 0,85/0,86/0,94 LG'/LG'/LG'
07 2,10/2,15/2,10 44/43/42 1/5/1 0,77/0,80/0,79 LG'/LG'/LG'
08 2,05/2,00/2,00 36/34/33 54/57/50 1,03/1,05/1,03 LG'/LG'/LG'
09 2,15/2,05/2,20 59/61/53 2/5/20 0,71/0,72/0,83 LG'/LG'/LG'
10 2,15/2,15/2,10 42/42/38 5/10/15 0,80/0,83/0,88 LG'/LG'/LG'
Valor Mínimo 1,67/1,71/1,69 34/34/33 1/0/1 0,71/0,72/0,79 - / -
Valor Máximo 2,15/2,25/2,20 59/61/53 65/65/72 1,07/1,05/1,09 - / -
Valor Médio 1,98/2,06/2,06 41,4/43,6/39,7 14,6/15,8/22,7 0,87/0,85/0,89 - / -
Desvio Padrão 0,17/0,14/0,15 7,27/8,22/5,91 23,95/24,16/21,91 0,12/0,10/0,10 - / -
Coef. Variação (%) 8,59/6,93/7,17 17,57/18,86/14,88 164,07/152,94/96,52 13,79/11,70/10,96 - / -
Result. Originais * 2,14 30,45 96,83 1,17 NG'
* Resultados obtidos no início da pesquisa, em 1991, pelo autor.
7,0% a 8,5% e 11% a 13,8%, respectivamente). Por outro lado, a variação dos resultados da Perda de Peso por Imersão é consideravelmente maior, da ordem de 97% a 160%, indicando que neste caso, o método é bem menos preciso e pode produzir variações consideráveis nos resultados. Esse fato deve-se, em parte, à característica do ensaio de Perda de Peso por Imersão que, no caso desse solo, ora produz desprendimento de blocos coesos, demandando a utilização do fator de correção para o peso coletado (multiplica-se por 0,5), ora não produz desprendimento algum ou então muito pequeno e ora produz uma massa desprendida que não se apresenta na forma cilíndrica (nesse caso é não coeso, não necessitando de fator de correção). O solo que era classificado, originalmente, como NG', na segunda fase do experimento apresentou-se como LG', sendo que o autor não conseguiu explicação plausível para a mudança de classe encontrada. Deve ser ressaltado, neste caso, que tanto o ensaio original como os realizados na segunda fase utilizaram material resultante de uma única coleta.
O terceiro solo ensaiado foi um saprolito de granito proveniente da Rodovia Castelo Branco. Este solo é siltoso, de cor esverdeada, com grande quantidade de mica e apresenta dificuldades para a execução dos ensaios da classificação MCT. Os resultados obtidos para este solo são apresentados na Tabela 2.6.
Tabela 2.6 - Resultados da repetição de ensaios para o solo da Castelo Branco.
Parâmetros
Amostra c' d' Pi e' Classe
01 0,92/1,14/0,92 2,54/2,81/1,8 302/307/302 2,22/2,17/1,69 NS'/NS'
02 1,02/1,10/1,02 - / - /8,7 331/325/331 - / - /1,78 - / - /NS'
03 0,73/1,16/0,73 2,97/3,06/2,97 327/320/326 2,15/2,13/2,15 NS'/NS'/NS'
04 0,90/1,10/0,90 - / - /7,0 326/320/326 - / - /1,83 - / - /NS'
05 0,85/1,15/0,85 - / - / - 328/325/328 - / - / - - / - / -
06 0,81/1,10/0,81 - / - /4,5 329/330/329 - / - /1,98 - / - /NS'
07 0,70/1,15/0,70 - / - / - 326/325/326 - / - / - - / - / -
08 0,95/1,10/0,95 - / - / - 330/330/330 - / - / - - / - / -
09 0,73/1,05/0,73 2,02/1,69/3,3 321/320/321 2,36/2,47/2,10 NS'/NS'/NS'
10 0,88/1,10/0,88 - / - /4,8 341/340/341 - / - /1,96 - / - /NS'
Valor Mínimo 0,70/1,05/0,70 2,02/1,69/1,80 302/307/302 2,15/2,13/1,69 - / - / -
Valor Máximo 1,02/1,16/1,02 2,97/3,06/7,00 341/340/341 2,36/2,47/2,15 - / - / -
Valor Médio 0,85/1,11/0,85 2,51/2,52/4,72 326,1/324,2/326,1 2,24/2,26/1,93 - / - / -
Desvio Padrão 0,10/0,03/0,10 - / - / - 9,89/8,17/9,89 - / - / - - / - / -
Coef. Variação (%) 11,78/2,87/11,78 - / - / - 3,03/2,52/3,03 - / - / - - / - / -
Result. Originais * 0,78 17,50 323,62 1,63 NA'
Como era de se esperar, esse tipo de solo apresenta dificuldades na execução do ensaio de compactação, pois o ramo seco das curvas não são muito bem definidos. Muitas vezes, o ramo seco da curva de compactação não apresenta queda de massa específica com o decréscimo do teor de umidade e outras, apresenta flutuações no valor das massas específicas obtidas, o que impede que o ramo seco seja bem definido. Conseqüentemente, é prejudicada a determinação do parâmetro d' para fins da classificação MCT. Nesse caso específico, em dez ensaios executados, com sete teores de umidade cada um, só foi possível determinar o valor d' em apenas 3 deles, para duas das três pessoas que participaram do experimento.
Por outro lado, os resultados da Perda de Peso por Imersão apresentaram variação muito pequena, indicando que, no caso de solos com Perda de Peso por Imersão elevada como o ensaiado, existe uma tendência de boa reprodutibilidade dos resultados.
Cabe ainda ressaltar que os resultados originais (feitos em 1991) apresentados na Tabela 2.6, para fins de comparação, são produto de uma segunda realização do ensaio. O primeiro ensaio realizado não permitiu que fosse feita a classificação devido à impossibilidade da determinação do
d'. Mesmo no segundo ensaio, onde foi possível a determinação do d', ocorreram flutuações da massa específica no ramo seco da curva de compactação correspondente à energia de 12 golpes.
Os exemplos aqui apresentados servem para ilustrar que a classificação MCT, apesar de ser eficiente e capaz de separar solos lateríticos dos não lateríticos, também apresenta alguns problemas, tais como: procedimentos de ensaio bastante complexos e trabalhosos, dificuldade de determinação da classe de alguns solos devido à própria característica desses materiais e dos ensaios envolvidos e ainda alguma dispersão de resultados no caso específico de alguns materiais, no que diz respeito à determinação da Perda de Peso por Imersão, sendo que esse ensaio parece ser mais adequado à qualificação do que à quantificação de propriedades de materiais.
2.5. COMENTÁRIOS FINAIS
Como já foi ressaltado anteriormente, a classificação MCT resolve, de maneira satisfatória, o problema da classificação de solos tropicais, fornecendo previsões adequadas a respeito de seu comportamento, quando utilizado como material integrante de pavimentos. Porém, essa classificação ainda carrega alguns problemas devido à sua complexidade. Esta complexidade parece ser admitida pelos próprios autores da MCT, uma vez que os mesmos continuam pesquisando na tentativa de proporcionar meios mais simples e/ou mais rápidos e econômicos para determinação das classes MCT de solos analisados.
Outro exemplo é o trabalho de Merighi e Nogami(1991), que propuseram algumas alterações na forma de determinação do teor de umidade e no cálculo das massas específicas, utilizando os princípios estabelecidos por Hilf(1959), acelerando a execução do ensaio S-MCV e tornando-o mais viável para utilização no controle de obras viárias.
Anteriormente, também nessa mesma linha de simplificação, Nogami e Cozzolino(1985) propuseram um conjunto de ensaios baseado em procedimentos simples, onde se utiliza corpos de prova moldados em anéis de PVC rígido submetidos ao encharcamento e posterior secagem para observação de seu comportamento frente à absorção d'água e secagem. Fortes e Nogami(1991) complementaram esse trabalho, propondo uma maneira de se obter a classe MCT de solos a partir da observação de certas características desses solos, quando submetidos a esses procedimentos (encharcamento e secagem), tais como: inchamento, trincamento, consistência, contração e plasticidade.
No presente trabalho, tem-se como objetivo principal estabelecer um processo simples, econômico e rápido para caracterizar solos para fins de aplicação em obras viárias, que leve em consideração características peculiares aos solos tropicais.
Tendo isso em mente, o autor optou por desenvolver sua pesquisa sobre classificações de solos nos moldes das classificações ditas ortodoxas, utilizando a distribuição granulométrica como parâmetro classificatório, uma vez que a granulometria é bastante difundida e de fácil assimilação por parte dos técnicos envolvidos na área rodoviária. Foram abandonados os índices plásticos (Ll e Ip), que são, sabidamente, inadequados para a representação das características dos solos tropicais, além de apresentarem baixa reprodutibilidade.
CAPÍTULO 3
A UTILIZAÇÃO DO AZUL DE METILENO NA
CARACTERIZAÇÃO DE SOLOS
3.1. HISTÓRICO
Na década de 30 começou-se a utilizar corantes para a determinação de superfície específica (SE) e capacidade de troca catiônica (CTC) de solos. Segundo Chen et alii(1974), Paneth foi o primeiro pesquisador que testou, em 1929, o uso de corantes para a determinação de superfície específica de materiais. Ele utilizou os corantes azul de metileno, verde de metila e amarelo de naftol para determinação da SE de sais insolúveis de chumbo, de SE conhecida, em solução aquosa. Chegou à conclusão que havia a formação de uma camada monomolecular, quase que completa, de moléculas de azul de metileno adsorvidas pelos sais de chumbo.
Mitchell et alii(1950) utilizaram o azul de metileno em areias quartzosas, concluindo que o pH da solução tem influência fundamental no consumo de corante e que as areias recobertas com óxidos de ferro ou cromo apresentam menor adsorção de corante.
Kipling e Wilson(1960) utilizaram o azul de metileno em esferas de carbono não porosas, e calcularam a área ocupada pela molécula do corante, obtendo um valor que varia de 102 a 108 Å2.
Concluiram ainda que o azul de metileno não fornece resultados precisos para a determinação da SE de materiais compostos de carbono.
Vários outros pesquisadores usaram corantes, em especial o azul de metileno, para a caracterização de argilas utilizadas em indústrias cerâmicas, como será visto a seguir.
3.2. CARACTERIZAÇÃO DE ARGILAS PARA CERÂMICA
A caracterização de argilas para utilização em cerâmica exige uma série de ensaios que são, muitas vezes, de alto custo e de difícil execução. Assim, a partir da década de 50, muitos pesquisadores passaram a testar o azul de metileno para determinar a SE e a CTC de argilas e correlacionar os resultados com propriedades de interesse à indústria cerâmica.
metileno é uma forma rápida, barata, simples e precisa para a determinação da CTC de argilo-minerais.
O ensaio de mancha de azul de metileno consiste, basicamente, da titulação de uma suspensão de solo+água com uma solução de azul de metileno padronizada, em meio intensamente agitado; após a adição de uma certa quantidade de corante, retira-se uma gota de solução corante+água+solo, que é pingada em um papel de filtro padronizado. Se a figura formada pela difusão da gota no papel apresentar uma aura azulada ou esverdeada, significa que há excesso de corante na solução, caso contrário, adiciona-se outro tanto de corante e repete-se o teste da mancha até atingir-se o ponto onde há excesso (ponto de viragem). A partir da quantidade adicionada de corante pode-se calcular a SE e, conseqüentemente, a CTC do material ensaiado. Maiores detalhes deste ensaio serão descritos no próximo capítulo.
Faruqi et alii(1967) estudaram a adsorção do azul de metileno por diversas caulinitas com variação do pH da solução. Concluiram que quanto maior o pH, maior a adsorção do azul de metileno pela caulinita e que o ensaio de azul de metileno não é suficientemente preciso para a determinação da SE e da CTC.
Phelps e Harris(1968) correlacionaram os resultados dos ensaios de azul de metileno com a SE, CTC e módulo de ruptura de 29 argilas utilizadas para cerâmica. Os resultados permitiram prever, com boa precisão, o módulo de ruptura das argilas a partir da CTC determinada com o ensaio de azul de metileno.
Hang e Brindley(1970) determinaram a SE e CTC de 2 caulinitas, 1 ilita e 1 montmorilonita sódica com o azul de metileno, pelo método colorimétrico. Este método consiste do tratamento da amostra com uma solução de azul de metileno cuja concentração é conhecida; após o ataque, a solução é filtrada e a densidade óptica da solução resultante (azul de metileno restante + água) é medida com um colorímetro. Através da comparação desta densidade óptica com a curva de calibração, isto é, densidade óptica versus concentração de azul de metileno na solução, torna-se possível a determinação da quantidade de corante adsorvida pelo material ensaiado. Desta pesquisa, Hang e Brindley(1970) concluiram que a face da molécula de azul de metileno, que é adsorvida pelo solo, possui uma área entre 130 e 135 Å2, sendo um paralelogramo de lados com dimensões
aproximadas de 17,0x7,6x3,5 Å. Concluiram ainda que, em condições favoráveis, pode-se medir a SE e a CTC de argilo-minerais com o método do azul de metileno.
Brindley e Thompson(1970) determinaram a SE e a CTC de diversas montmorilonitas do Texas e do Wyoming, para diferentes tipos de saturação de cátions, com o azul de metileno através do método colorimétrico. Foram estudadas argilas saturadas com os seguintes cátions: Li+, Na+, K+, Mg+2, Ca+2, Ba+2, Fe+3, Co+2, Ni+2 e Cu+2. Os resultados de superfície específica obtidos
pelos autores são apresentados na Tabela 3.1.
